Co to jest kropka kwantowa? Kropki kwantowe - część I otrzymywanie Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Co to jest ekscyton? Co to jest ekscyton? h 2 2 2 e πε m* 4 0ε s Φ r n ( r) = E Φ ( r) n R* E = n ; n =1,2,... ; 2 n m* memh R* = 13.6eV ; m* = 2 ; ε m + m s e h
Heterozłącze Heterozłącze typ I typ II typ III MBE MBE epitaksja z wiązek molekularnych (MBE)
Możliwości MBE Mody wzrostu - wytwarzanie struktur wielowarstwowych złożonych ze związków o różnych strukturach elektronowych, np. GaAs AlGaAs (band-gap engineering = inżynieria przerwy energetycznej) Frank van der Merwe Stranski- Krastanov Volmer- Weber - wysoki stopień czystości chemicznej osadzanych warstw - dobra kontrola ostrości interfejsu (zmiana składu możliwa w jednej warstwie atomowej), możliwość otrzymywania pojedyńczej warstwy atomowej (1 ML = 1 monolayer) - otrzymywanie supersieci (np. GaAs-AlGaAs-GaAs- itd.) o okresie od kilku Å. - szerokie zakresy domieszkowania, np. dla (Al)GaAs, często w zakresie niedostępnym przy wykorzystaniu klasycznych metod wzrostu Diagram fazowy Oscylacje RHEED oscylacje natężenia pozwalają określić szybkość wzrostu tak powstają studnie kwantowe
Obraz RHEED Studnia kwantowa wzrost wyspowy GaAlAs GaAs GaAlAs Frank van der Merwe Pierwsze studnie Studnia kwantowa -) wpływ kwantowania przestrzennego na widmo absorpcji i energię emisji ekscytonowej -) tunelowanie nośników pomiędzy dwiema studniami o różnej szerokości -) tworzenie się ekscytonu skośnego wzrost czasu rekombinacji -) efekt Starka dla ekscytonu w studni kwantowej -) efekty ekscytonowe: obserwacja biekscytonu i ekscytonów naładowanych (trionów) -) domieszkowanie modulacyjne rekordowe ruchliwości -) wytwarzanie studni profilowanych, w tym trójkątnych i parabolicznych, metodą digital alloy growth
Wytwarzanie kropek Litografia elektronowa litografia przy użyciu wiązki elektronowej + trawienie chemiczne IFPAN zaawansowana technologia defekty na powierzchni niska jakość optyczna Litografia + trawienie Energie wiązania ekscytonu wzrost energii wiązania dla struktur o obniżonej wymiarowości układy niskowymiarowe definiowane przy pomocy litografii elektronowej pozwalają na systematyczne pomiary zależności wielkości fizycznych od stopnia lokalizacji przestrzennej
Interdyfuzja Wiązka jonów selektywna przestrzennie interdyfuzja selektywność zapewniona przez odpowiednio przygotowaną maskę zaawansowana technologia względnie dobra jakość optyczna rozmiary ~ kilkaset nm Uni Würzburg Kropka kwantowa dyfuzyjna Kropka kwantowa dyfuzyjna zależność energii emisji od rozmiaru obszaru kropki
Wzrost na przełomie Wzrost na przełomie cleaved edge overgrowth początkowo metoda otrzymywania drutów kwantowych w kształcie litery T kontrola rozmiaru trudność w dokładnym przełamaniu próbki w warunkach UHV Kropka kwantowa na przełomie Ekscyton w kropce bardzo wąskie linie ekscytonowe Γ~70 µev
Układ dwóch kropek Układ dwóch kropek zmiana odległości d między studniami prowadzi do wytworzenia układu podwójnych kropek kwantowych (quantum dot molecule) Epitaksja z użyciem masek Epitaksja z użyciem masek epitaksja z wiązek molekularnych (MBE) strumienie atomów padają na podłoże pod dobrze określonym kątem
Epitaksja z użyciem masek Epitaksja z użyciem masek sekwencja: Zn+Se = uformowanie bariery Cd+Se = uformowanie kropek Zn+Se = uformowanie bariery dla niewielkich rozmiarów masek uzyskano niewielkie liczby kropek kwantowych znaczna odległość (~900 nm) pomiędzy poszczególnymi wyspami z kropkami pozwala obserwować pojedyncze kropki pojedyncze kropki kwantowe o wąskich liniach emisyjnych Mody wzrostu Diagram fazowy Frank van der Merwe Stranski- Krastanov Volmer- Weber tak powstają kropki kwantowe
Kropki samorosnące Kropki samorosnące Morfologia a luminescencja Kropki kwantowe CdSe/ZnSe brak emisji z WL słaba intensywność emisji z kropek kwantowych dwie linie: WL stała energia, wąska linia QDs zmienna energia, szeroka linia energia przesuwa się ze wzrostem grubości warstwy InGaAs
Kropki kwantowe CdTe/ZnTe Kropki kwantowe CdTe/ZnTe 3.5 ML Korelacje przestrzenne Korelacje przestrzenne =36ML brak informacji optycznej
Korelacje przestrzenne Kryształ z kropek Kryształ z kropek Kryształ z kropek